徑向間隙自補償膠囊微型機器人的研究.pdf

1、微型機器人進入人體進行微創(chuàng)介入治療可減少病人的痛苦、顯著縮短康復(fù)時間，因此微創(chuàng)或無創(chuàng)診療技術(shù)已成為國際上的一個研究前沿與熱點。 本文針對螺旋膠囊微型機器人存在的臨界間隙現(xiàn)象，提出一種具有徑向間隙自補償功能的膠囊式微型機器人的研究方案，旨在通過徑向間隙自補償，彌補現(xiàn)有膠囊機器人的缺陷，顯著提高在柔彈性環(huán)境中的驅(qū)動行走能力。 首先本文對間隙自補償膠囊微型機器人進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，提出由四塊連接在同步離心伸展機構(gòu)的纏有螺旋肋的配重

2、銅瓦組成膠囊機器人主體、外部包裹乳膠薄膜的技術(shù)方案，驅(qū)動原理是在外旋轉(zhuǎn)磁場的磁機耦合作用下，驅(qū)動內(nèi)嵌NdFeB永磁體內(nèi)驅(qū)動器的膠囊微型機器人旋轉(zhuǎn)，在螺旋肋與液體產(chǎn)生的動壓力作用下，形成膠囊微型機器人的推力；配重銅瓦的離心力推動微型機器人徑向伸展，減小了與管壁的間隙，提高流體動壓力，顯著提高了膠囊微型機器人的推動力。 根據(jù)納維-斯托克斯方程和雷諾方程建立了徑向偏心情形下膠囊微型機器人在液體中的運動模型，分析了徑向膨脹過程，建立了間

3、隙自補償動態(tài)平衡方程，進而建立了具有自補償功能的膠囊微型機器人運動方程，對運動特性進行了計算仿真；分析討論了螺旋參數(shù)及乳膠薄膜厚度對膠囊微型機器人運動的影響。 然后，建立了膠囊微型機器人在柔彈性環(huán)境中行走的數(shù)學模型，并對柔彈性環(huán)境中的運動進行了計算仿真，分析討論了柔彈性壁對微型機器人運動的影響。 最后制作了徑向間隙自補償結(jié)構(gòu)膠囊微型機器人樣機，并在有機玻璃管和離體豬大腸內(nèi)進行了水平與垂直游動試驗，取得了很好的效果。理論計